Эксперименты по андерклокингу

[шоколадный заяц]

Первые эксперименты по андерклокингу

Все знают, что такое оверклокинг. Компьютер заставляют работать более быстро, увеличивая всевозможными способами его производительность. Оверклокинг, или разгон, стал обычным явлением. Почти каждый процессор, материнская плата, модули памяти или видеокарты получили еще один критерий оценки - возможность разгона. Рядовые пользователи не покупают компоненты в расчете на их разгон, но среди пользователей есть энтузиасты, которые обращают большое внимание именно на эти возможности.

А что же с обратным процессом, который можно назвать "андерклокингом", есть ли у него какое-то практическое применение? Большинство современных процессоров и материнских плат могут работать со скоростью меньшей и большей номинальной.

Как вы знаете, существует понятие пассивного охлаждения (без вентиляторов), и оно может применяться почти со всеми современными процессорами. Проблема заключается в том, что пассивное охлаждение с помощью радиаторов рассеивает тепло, передавая его окружающему воздуху. Это приводит к тому, что во избежание переохлаждения, компьютеры с пассивным охлаждением компонентов оснащаются хорошими вентиляторами блока питания и корпуса. Но что же делать, если нужен действительно очень тихий компьютер?

В профессиональных студиях, когда шум компьютера может оказаться большой помехой, можно акустически изолировать компьютер. В домашних условиях это сделать значительно сложнее. Поэтому вполне естественно возникает вопрос, на сколько может уменьшить тепловыделение просто уменьшение частоты процессора при сохранении приемлемого уровня производительности?

Цель этой статьи, с помощью очень быстрого и очень "горячего" процессора (в нашем случае это будет AMD Athlon 64 4000+), понижая его рабочую частоту, исследовать, как при этом изменится производительность и тепловыделение. Подчеркнем, что мы ищем возможность применения пассивного охлаждения с самыми мощными процессорами, и будем обращать внимание еще и на то, чтобы уровень производительности оставался достаточным для выполнения самых распространенных типов задач.

Рассмотрим оборудование, которое применялось в наших экспериментах.

Процессор:AMD Athlon 64 4000+

Этот процессор, выполненный по техпроцессу 130 нм, был выбран по нескольким причинам. Во-первых, это один из самых мощных одноядерных процессоров для настольных ПК, так что мы полагаем, что даже при понижении частоты он обеспечит достаточный уровень производительности. Во-вторых, самые быстрые процессоры AMD Athlon 64 работают на значительно меньших частотах, чем процессоры Интел Pentium 4 (сравните 2,6 ГГц и 3,8 ГГц). Это позволяет рассчитывать, что понижение частоты отразится на производительности этих процессоров значительно меньше, чем на процессорах Pentium 4, если исходить из пропорциональности изменений.

Мы остановили свой выбор на процессоре Athlon 64 4000+ с тактовой частотой 2,4 ГГц. Технология Cool'N'Quiet во всех тестах была отключена.

Пассивное охлаждение: Scythe NCU-2000

Радиатор Scythe NCU-2000 представляет собой массивный блок, смонтированный на медной пластине. Это один из нескольких радиаторов, способных справится с охлаждением полностью нагруженного процессора Athlon 64 4000+.

Для отвода тепла от процессора используется технология тепловых труб, которые отводят тепло от медной пластины к радиатору, состоящему из множества тонких алюминиевых пластин. Чтобы создать окружение, похожее на корпус стандартного компьютера, мы установили на расстоянии 30 см от радиатора вентилятор диаметром 120 мм, который создавал легкий воздушный поток. Для измерения температуры процессора использовался цифровой термометр, установленный на медной пластине радиатора.

Материнская плата и память.

Мы выбрали материнскую плату DFI Lanparty NF4 SLI-DR, руководствуясь идеей, что, являясь одной из лучших плат по возможностям оверклокинга, она зарекомендует себя хорошо и в "андерклокинге".

Двухканальные модули памяти Corasair DDR TwinX 1024-3200XL Pro (2x512 МБ) с низкой латентностью подошли как нельзя кстати.

Видеокарта.


Выбранная нами материнская плата поддерживает шину PCI Express, поэтому, было бы интересно использовать в нашем эксперименте игровую видеокарту высокого класса. Эта роль хорошо подходит для MSI RX800XT-VTD256E.

Первый тест: зависимость температуры процессора от напряжения питания

Основная цель этого теста - определение минимального напряжения, при котором процессор стабильно работает и благополучно проходит все тесты. Для уменьшения напряжения на ядре и множителя процессора использовались установки BIOS материнской платы DFI Lanparty, а для тестирования - набор тестов SuperPI, 3Dmark2001SE и 3DMark2005. Для проверки стабильности работы при каждом значении напряжения использовалась программа Prime95.

Начали мы с номинальной тактовой частоты процессора Athlon 64 4000+ 2.4 ГГц, при стандартном множителе 12х200 МГц, а стандартное напряжение 1,5 В было уменьшено до 1,4 В. Это оказалось минимальным значением, при котором процессор еще мог стабильно работать на родной частоте. Значение температуры, помещенное в таблицу, является максимальным. Оно зафиксировано при полной нагрузке в тесте Prime95, после которого запускались три оставшихся теста.

Затем множитель уменьшили до 11,5х200 МГц, понизив тактовую частоту до 2,3 ГГц, а напряжение было понижено до 1,35 В. Система оказалось нестабильной, и напряжение пришлось снова увеличить до 1,4 В.

Следующим шагом стало понижение частоты до 2,2 ГГц и напряжения до 1,35 В. После этого стресс-тест продолжился. На каждом этапе множитель понижался и определялось минимальное напряжение, при котором система работала стабильно.

Результаты приведены в таблице (тактовая частота процессора/напряжение питания, температура):

Можно сделать вывод, что, не смотря на столь значительное понижение частоты - от 2,4 ГГц до 800 МГц, температура процессора понизилась всего на 6,5 градусов. Другими словами, при уменьшении частоты на 66%, температура понизилась всего на 6,5 градусов. По-другому это звучит при рассмотрении напряжения. Оно понизилось на 43%. Самый большой скачек температуры произошел между 1.3 В и 1,25 В, здесь перепад составил 1,6 градуса по шкале Цельсия.

Мы убедились, что процессор может стабильно работать на частотах в несколько раз меньших стандартных, но как это отражается на его производительности?

Тесты 3DMark 2001SE и 3DMark2005

Комбинируя поддержку DirectX8 с новейшей графикой, 3DMark 2001SE продолжает занимать место хорошего теста для всей системы.

Более высокие результаты в 3DMark соответствуют и более высокой производительности:

Тактовая частота процессора и очки, набранные в 3DMark

Тест показал, что производительность понижается медленно, и только при низких частотах, разница шаг от шага становится все более заметной. Даже при частоте на 1 ГГц меньшей номинальной, процессор показывает результат очень близкий к 20000, это действительно впечатляет.

Новейшая версия теста 3DMark - 3DMark05 стала первым тестом в этой серии, требующим поддержки на аппаратном уровне DirectX 9.0 и Pixel Shader 2.0.

Общая производительность по результатам 3DMark05




Производительность процессора по результатам 3DMark05

Не удивительно, что тест общей производительности в 3DMark2005 показывает более высокий результат, ведь результаты этих тестов зависят еще и от графического процессора. Производительность процессора, как и ожидалось, при частоте 800 МГц, понижается более чем в два раза. Больше всего она понизилась на 500 очков между 1.4 ГГц и 1.3 ГГц.

Тест SuperPI

SuperPI вычисляет число Пи с точностью 8 миллионов знаков. Программа позволяет изменять количество вычисляемых знаков от 16 тысяч до 32 миллионов. Наш тест установлен на 8 миллионов знаков и 22 итерации. Результаты теста представляются в секундах, естественно, меньше - лучше.

Тактовая частота и время вычисления числа Пи

Посмотрите, какой плавный получился график. Явная демонстрация характера зависимости производительности в вычислениях от тактовой частоты. Результат при частоте 800 МГц почти в три раза меньше, чем при 2,4 ГГц: производительность уменьшилась пропорционально уменьшению тактовой частоты.

Результаты нашего эксперимента

Отличительная особенность системы с пониженной тактовой частотой - это ее предсказуемый уровень производительности. С уменьшением тактовой частоты производительность уменьшается по предсказуемой кривой. Объяснить, почему потери в производительности при работе требовательных приложений, таких как SuperPI, больше, чем при выполнении игровых тестов, очень просто, ведь в игровых тестах часть операций зависят не от центрального, а от графического процессора. Его частота не понижалась, и, при понижении частоты центрального процессора, он работал точно так же. Когда влияние видеокарты уменьшалось, понижение производительности соответствовало уменьшению тактовой частоты.

При частотах ниже 1 ГГц производительность уменьшается значительно быстрее, и это заметно во всех тестах.

Вооружившись скупыми фактами можно сказать, что андерклокинг процессора Athlon 64 4000+ до третьей части от номинальной тактовой частоты приводит к уменьшению его температуры на 7 градусов. Производительность при этом уменьшается на 30-50% в приложениях, использующих ресурсы видеокарты, и на 66%, в не использующих. Но даже при минимальной частоте система, кроме того, что является очень тихой, еще и сохраняет хорошую производительность в стандартных офисных задачах и при работе с интернет.

Подобный эксперимент легко провести в домашних условиях. При этом совсем не обязательно использовать такое же оборудование. Scythe NCU-2000 - это только одна из пассивных систем охлаждения, присутствующих на рынке. Кроме того, для понижения шума можно подобрать и не шумную активную систему охлаждения. Но помните, если вы все же захотите полностью избавиться от вентиляторов и создать полностью пассивно охлаждающийся компьютер, самым важным является свободное прохождение отводящих тепло потоков воздуха, через ваш компьютер.